CN104466378B - 一种可控三陷波超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可控三陷波超宽带天线，包括介质基板、波导接地板、微带辐射贴片和环形寄生单元；所述微带辐射贴片固定于介质基板正面；所述微带辐射贴片上有一个圆弧状H槽；所述波导接地板固定于介质基板反面；所述波导接地板上有两个L形槽；所述的环形寄生单元位于介质基板的反面；所述的微带辐射贴片位于介质基板的中部。本发明设计了一种带圆弧状H槽的陷波天线，在实现陷波功能的基础上，可以通过调整该槽的参数并进行组合从而调整陷波中心频率。同时本发明通过基板反面的环形寄生单元实现了天线的三陷波功能，并通过两个开关进行天线的双/三陷波切换。
Description
技术领域
本发明涉及一种超宽带天线，特别是一种可控三陷波超宽带天线。
背景技术
自从美国联邦通信委员会(FCC)将超宽带(UWB)应用于商业领域，工作频率为3.1-10.6GHz范围内的通信系统得到了大力的发展。在超宽带系统中超宽带天线是重要的组成部分和研究热点。从超宽带天线的发展趋势来看，天线要求在极宽的频段内有良好的全向辐射特性，能够高效地进行辐射。然而，超宽带通信系统的工作频段覆盖了其他的窄带通信系统频段，诸如3.3-3.6GHz无线城域网(WiMax)频段、5.1-5.9GHz的无线局域网(WLAN)频段和7.25-7.75GHz的X频段卫星下行信号。这些窄带通信系统的存在会对超宽带的工作系统产生一定的干扰。为了抑制这些干扰，可以在超宽带天线的基础上引入一种陷波结构，使天线成为具有频带阻隔效应的陷波天线。
具有陷波特性的天线能够通过多种不同的结构加以实现：在天线结构中引入寄生单元、采用分形结构、加入调谐枝节、开槽等。其中在辐射贴片或者接地板上开槽的方法应用最广泛，开槽的陷波天线结构简单，且对天线的整个频带内阻抗匹配影响不大。通过开槽的方法，改变天线的表面电流分布，从而形成陷波特性。过去在这些设计中，一般只能通过改变槽的长度控制陷波的范围，这使天线在调整陷波中心频率时方法非常单一。
本发明设计了一种能够通过改变槽口不同的参数，对陷波的中心频率进行控制的陷波天线，使得在控制陷波范围时有了更多的选择。在微带辐射贴片和波导接地板上开槽以使天线拥有两个阻带，实现双陷波的功能，从而能够在超宽带频带内避免WiMax、WLAN通信系统的干扰。在基板的反面添加具有开关特性的寄生单元使天线具备第三个阻带并实现双/三陷波切换功能。这些优良的特性使该天线有很好的应用价值。
发明内容
本发明是为了解决现有的具有开槽结构的陷波超宽带天线中，仅能依靠调整槽口长度来改变陷波中心频率，调整方法单一的缺点。设计一种带圆弧状H槽的陷波天线，在实现陷波功能的基础上，可以通过调整该槽的参数并进行组合从而调整陷波中心频率。同时本发明实现了天线的三陷波功能，且具备将天线进行双/三陷波切换功能。
本发明提供一种可控三陷波超宽带天线，其特征在于：包括介质基板、波导接地板、微带辐射贴片和环形寄生单元；所述微带辐射贴片固定于介质基板正面；所述的微带辐射贴片上有一个圆弧状H槽；所述波导接地板固定于介质基板反面；所述波导接地板上有两个L形槽；所述的环形寄生单元位于介质基板的反面；所述的微带辐射贴片位于介质基板的中部。
所述的微带辐射贴片上有一个圆弧状H槽，槽口的形状通过4个参数进行控制。
所述的环形寄生单元位于介质基板的反面，在环形寄生单元左右两侧分别有进行陷波控制的第一开关和第二开关。
所述的介质基板为聚四氟乙烯材质，相对介电常数为4.4。
所述的波导接地板具有两个L形槽。
本发明的有益效果：
本发明具有良好的阻抗带宽和陷波特性，结构简单，因此大大增加了其适用范围；本产品采用印刷天线结构和共面波导结构，大大缩小了天线体积，且比较容易和射频前端微波集成电路集成。
附图说明
图1是可控三陷波超宽带天线的结构示意图。
图2是没有陷波功能的超宽带天线结构示意图。
图3是圆弧状H槽的结构示意图。
图4是可控三陷波超宽带天线的回波损耗图。
图5是可控三陷波超宽带天线增益的电磁仿真曲线。
具体实施方式
下文将结合附图详细描述本发明的实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，他们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，一种可控三陷波超宽带天线，其特征在于，包括介质基板1、波导接地板2、微带辐射贴片3和环形寄生单元4；所述微带辐射贴片3固定于介质基板1正面；所述的微带辐射贴片3上有一个圆弧状H槽；所述波导接地板2固定于介质基板1反面；所述波导接地板2上有两个L形槽；所述的环形寄生单元4位于介质基板1的反面；所述的微带辐射贴片3位于介质基板1的中部。所述的介质基板为聚四氟乙烯材质，相对介电常数为4.4。
所述的微带辐射贴片3上有一个圆弧状H槽，槽口的形状通过4个参数进行控制。
所述的环形寄生单元4位于介质基板1的反面，在环形寄生单元左右两侧分别有进行陷波控制的第一开关6和第二开关7。
所述的介质基板1为聚四氟乙烯材质，相对介电常数为4.4。
所述的波导接地板2具有两个L形槽。
图2为本发明提出的小型超宽带天线的几何结构，它印刷在尺寸为35.5×30×1.6mm3介质基板1上，即FR4基板上。介质基板1的正面是一个圆形的微带辐射贴片3，用一条50欧姆的微带馈线进行馈电。天线背面的波导接地板2由矩形经过了如下改造：切除矩形波导接地板2上方的2个边角，在板上开2个对称的矩形槽，切除波导接地板2下方2个矩形使接地板成T字形。在波导接地板2上采用这样的形状能够很大程度地增加天线的工作带宽，减小回波损耗。
图3是在图2基础上进行的开缝设计，形成陷波结构。在圆形的微带辐射贴片3上开出一个圆弧状H槽。该槽的设计参数有四个，分别为RH，LH0，LH1和α，其中参数RH，LH1和α的变化对陷波中心频率有较大程度影响。在进行开槽时调节这四个参数，进行参数组合可以精确地控制陷波的中心频率。假设要使天线屏蔽来自3.3-3.6GHz的无线城域网(WiMax)频段的信号干扰，可以将参数设定为RH＝8mm，LH0＝3.2mm，LH1＝2mm，α＝π/3，此时陷波中心频率为3.5GHz。
图1是在图2天线和图3开槽基础上，在波导接地板2开两条L形槽，形成双陷波结构，2个槽长度都为1，槽宽度都为0.2mm，从而引入另一个中心频率不同的陷波。在介质基板1背面添加带开关的环形寄生单元4，宽度为1mm，再引入第三个中心频率不同的陷波。对于在波导接地板2上所开的槽以及环形寄生单元4，根据半波长谐振原理，应该将槽的长度设置为相应陷波中心频率对应波导波长的一半，两个L形槽的总长度为12.75mm，环形寄生单元4的长度为9.65mm。而对于开关的的长度设置，同样利用半波长谐振原理，A开关6长度为3.1mm，B开关7长度为10.75mm。开关的关闭相当于增加了环形寄生单元的长度。A开关6关闭时环形寄生单元4长度相当于12.75mm，天线由三陷波切换为双陷波；B开关7关闭时环形寄生单元4长度相当于20.4mm，天线由三陷波切换为双陷波。A开关6和B开关7同时关闭时，新阻带不在超宽带频段内，天线同样由三陷波切换为双陷波。
图4是可控三陷波超宽带天线的回波损耗图。经过对槽口参数的设定，并将陷波的中心频率设置为3.6GHz、5.6GHz和7.4GHz。从图中可以看到在三个阻带上，天线的S(1，1)参数明显的高于-10dB，，从而就能避免来自WiMax、WLAN系统以及X-band卫星信号的干扰。而在其他的频段，天线能够正常的工作。
图5是可控三陷波超宽带天线在超宽带工作频段内的增益图。从图中可以看到，天线在超宽带频带中的通带内增益稳定在3-5dBi之间，而在三个产生陷波的阻带内增益有明显下降，最多下降到-5dBi附近。从增益的角度来看，该天线在通带内有良好的增益，能够稳定地工作，而在阻带范围内无法正常工作，从而避免了来自其他系统的信号干扰。
本发明具有良好的阻抗带宽和陷波特性，结构简单，因此大大增加了其适用范围；本产品采用印刷天线结构和共面波导结构，大大缩小了天线体积，且比较容易和射频前端微波集成电路集成。
本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (3)
1.一种可控三陷波超宽带天线，其特征在于，包括介质基板(1)、波导接地板(2)、微带辐射贴片(3)和环形寄生单元(4)；所述微带辐射贴片(3)固定于介质基板(1)正面；所述的微带辐射贴片(3)上有一个圆弧状H槽；所述波导接地板(2)固定于介质基板(1)反面；所述波导接地板(2)上有两个L形槽；所述的微带辐射贴片(3)位于介质基板(1)的中部，所述的环形寄生单元(4)位于介质基板(1)的反面，在环形寄生单元(4)左右两侧分别有进行陷波控制的第一开关(6)和第二开关(7)。
2.根据权利要求1所述的一种可控三陷波超宽带天线，其特征在于：所述的圆弧状H槽的槽口形状通过4个参数进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种可控三陷波超宽带天线，其特征在于：所述的介质基板(1)为聚四氟乙烯材质。
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